國和一號蒸汽發生器傳熱管外穿渦流檢測驗收要求研究

王華鋒　畢琦　周祥　胡恩義　郭韻

摘? 要： “國和一號”是我國在引進消化吸收AP1000三代核電技術的基礎上，通過再創新形成的具有自主知識產權、功率更大的大型先進非能動壓水堆核電型號。“國和一號”機組蒸汽發生器傳熱管制造階段需要經過外穿過式渦流檢測。該文通過對傳熱管直管渦流檢測的驗收標準的試驗研究，結合ASME與RCC-M等相關規范要求的比較，依據實際檢查效果，給出了其渦流驗收標準以及對比樣管的一些改進建議。

關鍵詞：蒸汽發生器? 直管渦流檢測? 驗收標準? 國和一號

中圖分類號：TL353.13? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2022）07（a）-0000-00

1背景

國和一號壓水堆核電機組是在引進、消化、吸收第三代先進核電AP1000非能動技術的基礎上，通過自主創新開發出具有我國自主知識產權、功率更大的非能動大型先進壓水堆核電機組。

蒸汽發生器是核電廠核島主要設備，其傳熱管是一回路和二回路的壓力邊界，檢測要求很高。國和一號蒸汽發生器傳熱管在制造過程中，技術條件要求在直管階段和彎管階段分別進行渦流檢測，且檢測線圈和驗收標準各不相同。實際檢測中發現：（1）不同的檢測頻率會影響檢測靈敏度，可能造成驗收準則的不同。（2）用于驗收的對比樣管上的人工缺陷幅值差異較大，選取最小幅值作為驗收標準，將失去其他人工缺陷驗收的作用。

該文一方面通過制作靈敏度試驗樣管，比較各頻率下對于靈敏度樣管上人工缺陷的檢測靈敏度，選擇頻率/頻段，調整驗收缺陷的尺寸。另一方面，通過對國和一號蒸汽發生器傳熱管直管渦流檢測的驗收標準進行研究，并與其他相關標準比較來確認其驗收標準的合理性，探討對國和一號蒸汽發生器傳熱管直管渦流檢測的驗收標準進行改進的建議[1-2]。

2 技術條件與相關規范的比較

國和一號蒸汽發生器傳熱管（尺寸17.48×1.01 mm，材質Inconel 690TT）直管渦流檢測采用的是單頻、外穿過式線圈方法。

國和一號設計參考ASME規范，作為一級部件的蒸汽發生器傳熱管在制作階段主要參考ASME第三卷（NB-2554），渦流檢測的要求如下。

（1）有缺陷的產品所產生的缺陷顯示超過標準缺陷顯示時判為不合格。

（2）標準試樣應包括外表面開有切向或周向缺口，此外還應有直徑1.59 mm的穿壁孔。

（3）對鎳基合金材料，應在校準試樣的內外表面各開一個沿周向延伸的缺口，此外還要開一個直徑1.59 mm的穿壁孔。

（4）校準缺口的深度不得大于0.10 mm或5%壁厚（取兩者較大值），缺口寬度不得超過1.59 mm，長度約為小于等25.4 mm。

這些人工缺陷也將用來建立對產品的判廢標準。

據此，國和一號機組蒸汽發生器傳熱管檢查技術條件規定了相應的驗收條件，即在直管渦流檢測對比樣管上應含下列4個人工缺陷。

（1）內外表面均應有長度最大為12.7 mm、深度最大為0.08 mm、寬度最大為1.0 mm的周向槽。

（2）3個在同一軸向位置沿周向間隔120°分布、直徑不大于0.78 mm、深度不大于0.78 mm的外壁平底孔。

（3）1個直徑1.59 mm的貫穿單側管壁的通孔。

應記錄大于或等于對比樣管上4個人工缺陷（內壁槽，外壁槽，平底孔和穿壁孔）中最小幅值的顯示，并拒收。此外，對比樣管上還應有用于調整檢測線圈中管子同心度的3個最大直徑為0.78 mm貫穿單側管壁的通孔，它們沿周向120°分布且軸向方向分散分布，以避免相互干涉，具體對比樣管的人工缺陷見圖2。

通過兩者（ASME和國和一號技術條件）的對比，我們不難發現（1）（3）所述3個人工缺陷是按照ASME規范NB-2554設計。

另外，（2）中所述的人工缺陷3個平底孔在NB-2554中雖未提及，但在RCC-M關于高鎳基合金蒸汽發生器管部分中規定“需制作1個從外表面起鉆的平底孔，其直徑等于深度，平底孔最大直徑根據管的厚度而變化”，見表1所示。

國和一號蒸汽發生器傳熱管壁厚1.01 mm，孔徑適用于0.75 mm，與技術條件規定的0.78 mm基本相當，只是數量發生變化，由1個變為3個。

由于渦流存在趨膚效應，內外壁靈敏度差，外穿檢測靈敏度外壁缺陷高于內壁缺陷。理論上，同體積量缺陷最小幅值應是內槽，為此該文在第3節做了試驗驗證的論述[3-4]。

3試驗分析

技術條件中未對于渦流檢測頻率未作明確規定，只對設備頻響有一般要求。根據對于制造廠的調查，傳熱管制造廠是根據經驗選擇頻率，所選的頻率各不相同。目前國外AP1000蒸汽發生器傳熱管供貨商有：SANDVIK、住友和VALINOX，其中SANDVIK建議采用的頻率為（100±50）kHz，實際采用100 kHz和110 kHz，住友采用200 kHz，VALINOX采用10 kHz。而國內國和一號蒸汽發生器傳熱管供貨商也有兩家，使用的頻率分別是100 kHz和60 kHz。綜合上文所述，采用10 kHz、30 kHz、60 kHz、100 kHz和200 kHz這5個頻率進行試驗，分別制作與上述檢測頻率相適應的檢測線圈。

表2內數值為試驗測得人工缺陷幅值，其中內槽統一定義為基準10V。

試驗設備如下。

（1）儀器：MIZ-80iD渦流儀。

（2）軟件：Eddynet采集及分析軟件、EC-UniWay（Rev 2.2）分析軟件。

（3）探頭：國核電站運行服務技術有限公司自制渦流探頭HHP-ENC-019.50-10-015A、HHP-ENC-019.50-60-015A和HHP-ENC-019.50-150-015A。

由表3以及相關試驗我們可以得到以下結論。

（1）外槽、通孔、平底孔3種人工缺陷由于體積當量差距較大，造成信號幅值差距較大，頻率變化造成的影響可以忽略。

（2）由于集膚效應造成內外壁渦流密度不同，尺寸相同的內外槽信號幅值差距也較大，隨著頻率的降低，兩者差距不斷縮小，但在60 kHz附近達到臨界，繼續降低頻率，變化也不大。

（3）在現有技術條件要求下，不論采用何種頻率進行檢測，產品的判廢標準必然為內槽，與選用何種頻率進行檢測無直接關系。

那國和一號的驗收條件究竟處于何種水平，與國內外其他標準相比到底是嚴還是松呢？

前文我們已經敘述了RCC-M相應的驗收標準，而GB/T 7735《鋼管渦流探傷檢驗方法》 B級規定的驗收條件為直徑0.65 mm的貫穿單側管壁的通孔，我們做了相應的試驗進行對比[5-6]。

由表4我們可以得到以下結論。

（1）單個0.65 mm通孔信號幅值小于標準樣管上內槽信號幅值，即GB/T 7735 B級驗收標準略嚴。

（2）單個0.78 mm深度0.78 mm的外壁平底孔幅值小于標準樣管上內槽信號幅值，即RCC-M驗收標準略嚴。

（3）同樣，由于集膚效應上述3種人工缺陷與內槽的幅值差距隨著頻率的降低而逐漸拉大，但在60 kHz附近達到臨界。

4 結論

綜上所述，我們發現技術條件在人工缺陷設計上雖然滿足ASME規范，但仍存在一些不合理處，主要以下兩方面：（1）4個人工缺陷僅一個內壁槽起到驗收閾值作用，其他缺陷由于幅值太大，無實際意義;（2）技術條件的驗收標準與國標GB/T 7735及RCC-M相比略低，如頻率較低的話差距會比較明顯。

由此，針對以上不合理處，優化調整樣管人工缺陷尺寸，調整方案具體見表5。

經調整后的對比樣管，如圖3所示。

經調整后，對比樣管的人工缺陷進一步簡化，但內壁檢測靈敏度、外壁檢測靈敏度、周向檢測靈敏度差都得到了監控，各人工缺陷的體積量經過調整相互接近，部分缺陷尺寸參考了GB/T 7735以及RCC-M，與目前國內外管材渦流檢測驗收要求相匹配。

參考文獻

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作者簡介：王華鋒（1986—），男，本科，工程師，從事制造廠換熱管出廠渦流檢測工作。